微電子器件與工藝課程設(shè)計--pnp雙極型晶體管的設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計任務(wù)及目標(biāo)………………………………………………………….....………1</p><p>　　2.課程設(shè)計的基本內(nèi)容…………………………………………………….…………1</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設(shè)計……………………………………….…….….

2、…1</p><p>　　2.2 設(shè)計的主要內(nèi)容……………………………………………………….……1</p><p>　　3.晶體管工藝參數(shù)設(shè)計…………………………………………..…………...………2</p><p>　　3.1 晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計……………..………………….……………..2</p><p>　　3.1.1 集電區(qū)雜質(zhì)

3、濃度的確定……………………………………………..2</p><p>　　3.1.2 基區(qū)及發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度……………………………………………..3</p><p>　　3.1.3 各區(qū)少子遷移率及擴散系數(shù)的確定……………………….……….3</p><p>　　3.1.4 各區(qū)少子擴散長度的計算……………………….……….....………4</p><

4、;p>　　3.1.5 集電區(qū)厚度的選擇…………………….…………………....….……4</p><p>　　3.1.6 基區(qū)寬度的計算……………………………………………….….…4</p><p>　　3.1.7 擴散結(jié)深…………………………………………………...…..….…6 </p><p>　　3.1.8 表面雜質(zhì)濃度…………………………………………

5、..….….…….7</p><p>　　3.2晶體管的橫向設(shè)計…………………………………………….…….....……8</p><p>　　3.3工藝參數(shù)的計算…………………………………………………….….……8</p><p>　　3.3.1 基區(qū)磷預(yù)擴時間 ……………………………………….….…..……8</p><p>　　3.3.2

6、基區(qū)磷再擴散時間計算…………………………………..….………8</p><p>　　3.3.3 發(fā)射區(qū)硼預(yù)擴時間計算…………………………....………………..9</p><p>　　3.3.4 發(fā)射區(qū)硼再擴散時間計算………………………….…………...…..9</p><p>　　3.3.5 基區(qū)磷擴散需要的氧化層厚度………………………………........10&

7、lt;/p><p>　　3.3.6 發(fā)射區(qū)硼擴散需要的氧化層厚度…………………………………11</p><p>　　3.3.7 氧化時間的計算……………………………………………………11 </p><p>　　3.3.8設(shè)計參數(shù)總結(jié)…………………………………………………..……12</p><p>　　4晶體管制造工藝流程………………………………

8、……………………...………13</p><p>　　4.1硅片及清洗…………………………………………………………..…..…15</p><p>　　4.2氧化工藝…………………………………………………………….…..…16</p><p>　　4.3光刻工藝………………………………………………………………...…17</p><p>　　

9、4.3.1光刻原理………………………………………………………..…17</p><p>　　4.3.2具體工藝流程…………………………………………………..…18</p><p>　　4.3.3硼的擴散………………………………………………………..…19</p><p>　　4.3.4磷的擴散………………………………………………………..…20</p>

10、<p>　　5 版圖………………………………………………………………………….……20</p><p>　　6總結(jié)……………………………………………………………………….………23</p><p>　　7參考文獻(xiàn)……………………………………………………………….…………23</p><p>　　微電子器件與工藝課程設(shè)計報告</p><

11、p>　　——pnp雙極型晶體管的設(shè)計</p><p>　　1、課程設(shè)計目的與任務(wù)</p><p>　　《微電子器件與工藝課程設(shè)計》是繼《微電子器件物理》、《微電子器件工藝》和《半導(dǎo)體物理》理論課之后開出的有關(guān)微電子器件和工藝知識的綜合應(yīng)用的課程，使我們系統(tǒng)的掌握半導(dǎo)體器件，集成電路，半導(dǎo)體材料及工藝的有關(guān)知識的必不可少的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　目的是使

12、我們在熟悉晶體管基本理論和制造工藝的基礎(chǔ)上，掌握晶體管的設(shè)計方法。要求我們根據(jù)給定的晶體管電學(xué)參數(shù)的設(shè)計指標(biāo)，完成晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計→晶體管的圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計→材料參數(shù)的選取和設(shè)計→制定實施工藝方案晶體管各參數(shù)的檢測方法等設(shè)計過程的訓(xùn)練，為從事微電子器件設(shè)計、集成電路設(shè)計打下必要的基礎(chǔ)。 </p><p>　　2、課程設(shè)計的基本內(nèi)容</p><p>　　2.1 pnp雙極型晶體管的設(shè)計

13、</p><p>　　設(shè)計一個均勻摻雜的pnp型雙極晶體管，使T=300K時，β=120。VCEO=15V,VCBO=80V.晶體管工作于小注入條件下，最大集電極電流為IC=5mA。設(shè)計時應(yīng)盡量減小基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的影響。</p><p>　　2.2 設(shè)計的主要內(nèi)容：</p><p>　?。?）了解晶體管設(shè)計的一般步驟和設(shè)計原則。</p><p&

14、gt;　?。?）根據(jù)設(shè)計指標(biāo)選取材料，確定材料參數(shù)，如發(fā)射區(qū)摻雜濃度NE,，基區(qū)摻雜濃度NB，集電區(qū)摻雜濃度NC，根據(jù)各區(qū)的摻雜濃度確定少子的擴散系數(shù)，遷移率，擴散長度和壽命等。</p><p>　?。?）根據(jù)主要參數(shù)的設(shè)計指標(biāo)確定器件的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)，如集電區(qū)厚度Wc，基區(qū)寬度Wb，發(fā)射極寬度We和擴散結(jié)深Xjc，發(fā)射結(jié)結(jié)深等。</p><p>　?。?）根據(jù)結(jié)深確定氧化層的厚度，氧化溫度

15、和氧化時間；雜質(zhì)預(yù)擴散和再擴散的擴散溫度和擴散時間。</p><p>　　（5）根據(jù)設(shè)計指標(biāo)確定器件的圖形結(jié)構(gòu)，設(shè)計器件的圖形尺寸，繪制出基區(qū)、發(fā)射區(qū)和金屬接觸孔的光刻版圖。 </p><p>　?。?）根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，制定詳細(xì)的工藝實施方案。  </p><p>　　3晶體管工藝參數(shù)設(shè)計</p><p>　　3.1

16、 晶體管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計</p><p>　　雙極晶體管是由發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個PN結(jié)組成的，晶體管的縱向結(jié)構(gòu)就是指在垂直于兩個PN結(jié)面上的結(jié)構(gòu)。因此，縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)有兩個：首先是選取縱向尺寸，即決定襯底厚度、集電區(qū)厚度、 基區(qū)厚度、 擴散結(jié)深和等；其次是確定縱向雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)分布，即確定集電區(qū)雜質(zhì)濃度、 襯底雜質(zhì)濃度、 表面濃度,以及基區(qū)雜質(zhì)濃度分布等，并將上述參數(shù)轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)中的工藝控制參數(shù)。</p&

17、gt;<p>　　3.1.1 集電區(qū)雜質(zhì)濃度的確定</p><p>　　根據(jù)擊穿電壓與濃度的關(guān)系圖來讀出BVCBO=80V時的NC，如圖1</p><p>　　圖1 擊穿電壓與雜質(zhì)濃度的關(guān)系</p><p>　　從圖1中可以讀出，當(dāng)BVCBO=80V時，集電區(qū)雜質(zhì)濃度NC=5×1015CM-3，對應(yīng)的電阻率為1.2Ω*CM,所以選用（111）

18、晶向的P型硅。</p><p>　　3.1.2 基區(qū)及發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度</p><p>　　一般的晶體管各區(qū)的濃度要滿足NE>>NB>NC，故</p><p>　?。?）基區(qū)雜質(zhì)濃度取NB＝5×1016cm－3 。</p><p>　?。?）發(fā)射雜質(zhì)濃度取NE＝5×1018cm－3 。</p>

19、<p>　　3.1.3 各區(qū)少子遷移率及擴散系數(shù)的確定</p><p><b>　?。?）少子遷移率</b></p><p>　　少子的遷移率可以通過遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖查出來。此關(guān)系圖如下圖2所示。</p><p>　　圖2 遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖</p><p>　　通過圖2可以查出在300K時，

20、集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)各自的少子的遷移率如下。</p><p>　　C區(qū)： Uc= 1298cm 2/v.s；</p><p>　　B區(qū)： UB =378 cm 2 /v.s；</p><p>　　E區(qū)： UE=130 cm 2/v.s；</p><p>　?。?）各區(qū)少子擴散系數(shù)的計算</p><p>　　根據(jù)愛因斯坦

21、關(guān)系式可以求出各區(qū)少子的擴散系數(shù)</p><p><b>　　C區(qū)：；</b></p><p><b>　　B區(qū)：；</b></p><p><b>　　E區(qū)：；</b></p><p>　　3.1.4 各區(qū)少子擴散長度的計算</p><p>　　由，其

22、中少子壽命 ，，</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　?。?</b></p><p>　　3.1.5 集電區(qū)厚度的選擇</p><p>　?。?）集電區(qū)厚度的最小值</p>

23、<p>　　集電區(qū)厚度的最小值由擊穿電壓決定。通常為了滿足擊穿電壓的要求，集電區(qū)厚度WC必須大于擊穿電壓時的耗盡層寬度，即 (是集電區(qū)臨界擊穿時的耗盡層寬度）。對于高壓器件，在擊穿電壓附近，集電結(jié)可用突變結(jié)耗盡層近似，因而</p><p>　?。?）集電區(qū)厚度的最大值</p><p>　　的最大值受串聯(lián)電阻的限制。增大集電區(qū)厚度會使串聯(lián)電阻增加，飽和壓降增大，因此的最大值受

24、串聯(lián)電阻限制。</p><p>　　考慮到實際情況最終確定。</p><p>　　3.1.6 基區(qū)寬度的計算</p><p>　　（1）基區(qū)寬度的最大值</p><p>　　對于低頻管，與基區(qū)寬度有關(guān)的主要電學(xué)參數(shù)是，因此低頻器件的基區(qū)寬度最大值由確定。當(dāng)發(fā)射效率1時，電流放大系數(shù)，因此基區(qū)寬度的最大值可按下式估計：

25、 </p><p>　　為了使器件進(jìn)入大電流狀態(tài)時，電流放大系數(shù)仍能滿足要求，因而設(shè)計過程中取4。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入上式中得：</p><p>　　所以基區(qū)寬度的最大值為5.7um。</p><p>　?。?）基區(qū)寬度的最小值</p><p>　　為了保證

26、器件正常工作，在正常工作電壓下基區(qū)絕對不能穿通。因此，對于高耐壓器件，基區(qū)寬度的最小值由基區(qū)穿通電壓決定。對于均勻基區(qū)晶體管，當(dāng)集電結(jié)電壓接近雪崩擊穿時，基區(qū)一側(cè)的耗盡層寬度為 </p><p>　　所以基區(qū)寬度的取值范圍為：0.436um<WB<5.7um </p><p>　?。?）基區(qū)準(zhǔn)中性寬度的計算</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求給出的電流放大

27、倍數(shù)β=120以及公式</p><p>　　可以求出基區(qū)的準(zhǔn)中性寬度。W=3.46um </p><p>　?。?）基區(qū)耗盡層寬度的計算</p><p>　?、賓b結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度的計算</p><p>　　先求出eb結(jié)的內(nèi)建電勢</p><p>　　再求出eb結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度</p><p

28、>　?、赾b結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度的計算</p><p>　　先求出cb結(jié)的內(nèi)建電勢</p><p>　　再求出cb結(jié)基區(qū)邊的耗盡層寬度</p><p><b>　　(5)總的基區(qū)寬度</b></p><p>　　WB=W+XnEB+XpCB＝3.46+0.155+0.0419=3.66um</p>&

29、lt;p>　　符合之前計算出來的基區(qū)寬度的范圍，但是這樣的寬度相對應(yīng)的結(jié)深過大，故根據(jù)經(jīng)驗值W=4um</p><p>　　3.1.7 擴散結(jié)深</p><p>　　在晶體管的電學(xué)參數(shù)中，擊穿電壓與結(jié)深關(guān)系最為密切，它隨結(jié)深變淺，曲率半徑減小而降低，因而為了提高擊穿電壓，要求擴散結(jié)深一些。但另一方面，結(jié)深卻又受條寬限制，當(dāng)發(fā)射極條寬條件時，擴散結(jié)面仍可近似當(dāng)做平面結(jié)。但當(dāng)SE隨著特征

30、頻率的提高，基區(qū)寬度WB變窄而減小到不滿足SE>>Xj時，發(fā)射結(jié)變?yōu)樾D(zhuǎn)橢圓面旋轉(zhuǎn)橢圓面，如圖3所示。發(fā)射結(jié)集電結(jié)兩個旋轉(zhuǎn)橢圓面之間的基區(qū)體積大于平面結(jié)之間的基區(qū)體積，因而基區(qū)積累電荷增多，基區(qū)渡越時間增長。按照旋轉(zhuǎn)橢圓的關(guān)系，可以解出當(dāng)SE與Xj接近時，有效特征頻率為 式中 ，因此，愈大，有效特征頻率愈低。圖3也明顯表明，越大，則基區(qū)積累電荷比平面結(jié)時增加越多。由于基區(qū)積累電荷增加，基區(qū)渡越時間增長，有效特征頻率就下降，

31、因此，通常選取</p><p>　　， 則：Xje＝WB＝4um</p><p>　　， 則：Xjc＝2WB＝8um</p><p>　　圖 3 發(fā)射極條寬對結(jié)面形狀的影響</p><p>　　3.1.8 表面雜質(zhì)濃度</p><p>　　結(jié)構(gòu)尺寸選定的情況下，發(fā)射區(qū)和基區(qū)表面雜志濃度及其雜志分布的情況主要

32、影響晶體管的發(fā)射效率和基區(qū)電阻。減小基區(qū)電阻要求提高基區(qū)平均雜質(zhì)濃度和表面濃度。同時，提高基區(qū)平均雜質(zhì)濃度，也有利于減小基區(qū)寬變效應(yīng)和基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。提高發(fā)射效率則要求減小，增大發(fā)射區(qū)和基區(qū)濃度差別。為了保證在大電流下，晶體管仍具有較高的發(fā)射效率，要求發(fā)射區(qū)和基區(qū)表面濃度相差兩個數(shù)量級以上，即。在這個晶體管設(shè)計中取</p><p>　　=1019 cm-3左右，則=1021 cm-3。</p>&

33、lt;p>　　3.2晶體管的橫向設(shè)計</p><p>　　無特別要求，取有效的，，。</p><p>　　在這個pnp雙極晶體管的設(shè)計中，襯底選取p型硅襯底，晶向為（111）晶向。</p><p>　　3.3工藝參數(shù)的計算</p><p>　　3.3.1 基區(qū)磷預(yù)擴時間 </p><p>　　首先先列出表1，是計

34、算擴散系數(shù)時所需要用到的數(shù)據(jù)，如下表一所示。</p><p>　　表1：硼、磷元素在硅中的D0與激活能E</p><p>　　注：適用溫度范圍（oC）為:800~1350 </p><p>　　基區(qū)磷的預(yù)擴溫度為1000 ，即1273K。</p><p><b>　　擴散系數(shù)

35、： </b></p><p>　　通過單位表面積擴散到硅片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量： </p><p>　　根據(jù)公式可解得在特定溫度下擴散的時間：</p><p>　　3.3.2基區(qū)磷再擴散時間計算</p><p>　　基區(qū)磷的預(yù)擴溫度為1300 ，即1573K。</p><p>　　硅襯底中原有雜質(zhì)的濃度：<

36、;/p><p>　　磷在硅中的擴散系數(shù)為：</p><p>　　由于預(yù)擴散的結(jié)深很淺，可將它忽略，故再擴散結(jié)深：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　又所以代入（2）式可得</p><p><b>　　化簡得</b></p><p&

37、gt;　　解得基區(qū)磷主擴時間為：</p><p>　　t=7166s=2h</p><p>　　3.3.3 發(fā)射區(qū)硼預(yù)擴時間計算</p><p>　　發(fā)射區(qū)硼預(yù)擴散溫度為1000，即1273K</p><p>　　硼在硅中的擴散系數(shù)為：</p><p>　　發(fā)射區(qū)進(jìn)行擴散時的總的雜質(zhì)數(shù)量：</p><

38、;p>　　發(fā)射區(qū)表面雜質(zhì)濃度：</p><p>　　根據(jù)公式可解得在特定溫度下擴散的時間：</p><p>　　3.3.4 發(fā)射區(qū)硼再擴散時間計算</p><p>　　發(fā)射區(qū)硼再擴散溫度為1200，即1473K</p><p>　　在1473K時，硼在硅中的擴散系數(shù)為：</p><p>　　由于預(yù)擴散的結(jié)深很淺，

39、可將它忽略，故再擴散結(jié)深：</p><p><b>　　化簡上式可得：</b></p><p>　　解得發(fā)射區(qū)硼再擴散時間：</p><p>　　t=6571s=1.83h</p><p>　　3.3.5 基區(qū)磷擴散需要的氧化層厚度</p><p>　　表2：二氧化硅中磷和硼的與</p>

40、;<p>　　氧化層厚度的最小值由發(fā)射區(qū)主擴溫度為1000，預(yù)擴時間為209S,磷元素在硅中的DO與激活能E</p><p>　　為了便于后續(xù)的氧化時間的計算及濕法干法的分配，最終取基區(qū)磷擴散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　3.3.6 發(fā)射區(qū)硼擴散需要的氧化層厚度</p><p>　　氧化層厚度的最小值由發(fā)射區(qū)主擴溫度為1100，預(yù)擴時間為1

41、233S</p><p>　　由于最小氧化層厚度小于，考慮到生產(chǎn)的實際情況，最終取發(fā)射區(qū)硼擴散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　3.3.7 氧化時間的計算</p><p>　　表3 1100℃的干氧和濕氧的氧化速率常數(shù)</p><p>　　表4 1200℃的干氧和濕氧的氧化速率常數(shù)</p><p>　　（1

42、）基區(qū)氧化時間的計算</p><p>　　以上已經(jīng)計算出基區(qū)磷擴散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　根據(jù)合適的氧化時間，將分配：先干氧500，然后濕氧5000，最后再干氧500</p><p><b>　　干氧氧化：</b></p><p><b>　　解得t=11min</b></p

43、><p><b>　　濕氧氧化：</b></p><p><b>　　解得t=36min</b></p><p>　?。?）發(fā)射區(qū)氧化時間計算</p><p>　　以上已經(jīng)計算出發(fā)射區(qū)硼擴散需要的氧化層厚度為。</p><p>　　根據(jù)合適的氧化時間，將分配：先干氧1000，然后

44、濕氧5000，最后再干氧1000</p><p><b>　　干氧氧化：</b></p><p><b>　　解得t=17min</b></p><p><b>　　濕氧氧化：</b></p><p>　　解得t=22.9min</p><p>　　3.

45、3.8設(shè)計參數(shù)總結(jié)</p><p>　　整個pnp雙極晶體管設(shè)計的相關(guān)參數(shù)通過表5總結(jié)如下。</p><p>　　表5 pnp設(shè)計參數(shù)</p><p>　　4晶體管制造工藝流程</p><p><b>　　4.1硅片及清洗</b></p><p>　　在晶體管和集成電路生產(chǎn)中，幾乎每道工藝有化學(xué)

46、清洗的問題.化學(xué)清洗的好壞對器件性能有嚴(yán)重的影響，處理不當(dāng)，可使全部硅片報廢，無法做出管芯，或使制造出來的器件性能低劣，穩(wěn)定性和可靠性很差。</p><p>　　化學(xué)清洗是指清除吸附在半導(dǎo)體，金屬材料以及生產(chǎn)用具表面上的各種有害雜質(zhì)或油污的工藝。</p><p>　　清洗方法是利用各種化學(xué)試劑與吸附在被清洗物體表面上的雜質(zhì)及油污發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和溶解作用，或伴以超聲，加熱，抽真空等物理措施，使

47、雜質(zhì)從被清洗物體的表面脫附，然后用大量的高純熱，冷去離子水沖洗，從而獲得潔凈的物體表面。</p><p>　　化學(xué)清洗主要包括三個方面的清洗。一是硅片表面的清洗；二是生產(chǎn)過程中使用的金屬材料的清洗；三是生產(chǎn)用的工具，器皿的清洗。</p><p>　　硅片清洗的一般程序：吸附在硅片表面的雜質(zhì)大體上可分為分子型，離子型和原子型三種，分子型雜質(zhì)粒子與硅片表面之間的吸附較弱，清除這些雜質(zhì)粒子比較容

48、易.它們多屬油脂類雜質(zhì)，具有疏水性的特點，這種雜質(zhì)的存在，對于清除離子型和原子型雜質(zhì)具有掩蔽作用，因此在對硅片清洗時首先要把它們清除，離子型和原子型吸附的雜質(zhì)屬于化學(xué)吸附雜質(zhì)，其吸附力都較強，因此在化學(xué)清洗時，一般都采用酸，堿溶液或堿性雙氧水先清除離子型吸附雜質(zhì)，然后用王水或酸性雙氧水再來清除殘存的離子型雜質(zhì)用原子型雜質(zhì)，最后用高純?nèi)ルx子水將硅片沖洗干凈，再加溫烘干就可得到潔凈表面的硅片。</p><p>　　工

49、藝程序：去分子---去離子---去原子---去離子水沖洗、烘干。</p><p>　　硅片清洗液是指能夠除去硅片表面沾污物的化學(xué)試劑或幾種化學(xué)試劑配制的混合液。常用硅片清洗液如表6所示：</p><p><b>　　表6：清洗液</b></p><p>　　4.2氧化工藝 </p><p><b&

50、gt;　?。ㄒ唬┭趸?lt;/b></p><p>　　二氧化硅能夠緊緊地依附在硅襯底表面，具有極穩(wěn)定的化學(xué)性和電絕緣性，因此，二氧化硅可以用來作為器件的保護層和鈍化層，以及電性能的隔離、絕緣材料和電容器的介質(zhì)膜。</p><p>　　二氧化硅的另一個重要性質(zhì)，對某些雜質(zhì)（如硼、磷、砷等）起到掩蔽作用，從而可以選擇擴散；正是利用這一性質(zhì)，并結(jié)合光刻和擴散工藝，才發(fā)展起來平面工藝和

51、超大規(guī)模集成電路。</p><p>　　根據(jù)迪爾和格羅夫模型，熱氧化過程須經(jīng)歷如下過程：</p><p>　?。?）氧化劑從氣體內(nèi)部以擴散形式穿過滯流層運動到SiO2-氣體界面，其流密度用F1表示，流密度定義為單位時間通過單位面積的粒子數(shù)。</p><p>　?。?）氧化劑以擴散方式穿過SiO2層（忽略漂移的影響），到過SiO2-Si界面，其流密度用F2表示。<

52、;/p><p>　?。?）氧化劑在Si表面與Si反應(yīng)生成SiO2，流密度用F3表示。</p><p>　?。?）反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。</p><p>　　氧化的致密性和氧化層厚度與氧化氣氛（氧氣、水氣）、溫度和氣壓有密切關(guān)系。應(yīng)用于集成電路掩蔽的熱氧化工藝一般采用干氧→濕氧→干氧工藝制備。</p><p>　?。ǘ┗鶇^(qū)氧化的工藝步驟</

53、p><p>　　1、開氧化爐，并將溫度設(shè)定到750～850℃，開氧氣流量2升/分鐘。</p><p>　　2、打開凈化臺，將清洗好的硅片裝入石英舟，然后，將石英舟推到恒溫區(qū)。并開始升溫。</p><p>　　3、達(dá)到氧化溫度1100℃后，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計時，干氧時間20分鐘。</p><p>　　4、在開始干氧同時，將濕氧水壺加熱

54、到95～98℃。干氧完成后，開濕氧流量計，立即進(jìn)入濕氧化。同時關(guān)閉干氧流量計。濕氧時間25分鐘。</p><p>　　5、濕氧完成，開干氧流量計，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計時，干氧時間20分鐘。</p><p>　　6、干氧完成后，開氮氣流量計，調(diào)整氮氣流量3升/分鐘，并開始降溫，降溫時間30分鐘。</p><p>　　7、將石英舟拉出，并在凈化臺內(nèi)將硅片取出

55、，同時，檢測氧化層面狀況和厚度。</p><p>　　8、關(guān)氧化爐，關(guān)氣體。</p><p><b>　　4.3光刻工藝</b></p><p><b>　　4.3.1光刻原理</b></p><p>　　光刻工藝是加工制造集成電路微圖形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，起源于印刷技術(shù)中的照相制版，是在一個平面（

56、硅片）上，加工形成微圖形。光刻工藝包括涂膠、曝光、顯影、腐蝕等工序。集成電路對光刻的基本要求有如下幾個方面：</p><p>　　1、高分辨率：一個由10萬元件組成的集成電路，其圖形最小條寬約為3µm，而由500萬元件組成的集成電路，其圖形最小條寬≤1µm，因此，集成度提高則要求條寬越細(xì)，也就要求光刻技術(shù)的圖形分辨率越高。條寬是光刻水平的標(biāo)志，代表集成電路發(fā)展水平。</p>&l

57、t;p>　　2、高靈敏度：靈敏度是指光刻機的感光速度，集成電路要求產(chǎn)量要大，因此，曝光時間應(yīng)短，這就要求光刻膠的靈敏度要高。</p><p>　　3、低缺陷：如果一個集成電路芯片上出現(xiàn)一個缺陷，則整個芯片將失效，集成電路制造過程包含幾十道工序，其中光刻工序就有10多次，因此，要求光刻工藝缺陷盡是少，否則，就無法制造集成電路。</p><p>　　4、精密的套刻對準(zhǔn)：集成電路的圖形結(jié)構(gòu)

58、需要多次光刻完成，每次曝光都需要相互套準(zhǔn)，因此集成電路對光刻套準(zhǔn)要求非常高，其誤差允許為最小條寬的10%左右。</p><p>　　集成電路所用的光刻膠有正膠和負(fù)膠兩種：正性光刻膠通常由堿溶性酚醛樹脂、光敏阻溶劑及溶劑等組成，光敏劑可使光刻膠在顯影液中溶解度減小，但曝光將使光敏阻溶劑分解，使光刻膠溶解度大增加而被顯掉，未曝光部分由于溶解度小而留下，負(fù)性光刻膠和正性光刻膠相反，負(fù)性光刻膠在曝光前能溶于顯影液，曝光后

59、，由于光化反應(yīng)交鏈成難溶大分子而留下，未曝光部分溶于顯影液而顯掉。由此完成圖形復(fù)制?？稍谝r底表面得到與光刻掩膜版遮光圖案相反的保護膠層。</p><p>　　本課程設(shè)計采用正光刻膠，正光刻膠通常由堿溶性酚醛樹脂、光敏阻溶劑及溶劑等組成，光敏劑可使光刻膠在顯影液中溶解度減小，但曝光將使光敏阻溶劑分解，使光刻膠溶解度大大增加而被顯掉，未曝光部分由于溶解度小而留下。其4.3.2具體工藝流程如下</p>&

60、lt;p><b>　　準(zhǔn)備：</b></p><p>　　①開前烘，堅膜烘箱，前烘溫度設(shè)定95---110℃，堅膜溫度為135--145℃。</p><p>　?、谕磕z前15分鐘開啟圖膠凈化臺，調(diào)整轉(zhuǎn)速，以滿足實驗要求。</p><p>　?、酃饪糖?0分鐘，開啟光刻機汞燈。</p><p>　?、荛_啟腐蝕恒溫槽，

61、溫度設(shè)定40℃</p><p>　?、萸逑茨z瓶和吸管，并倒好光刻膠。</p><p>　　⑥清洗掩膜版，并在凈化臺下吹干</p><p>　　涂膠：光刻工藝實驗采用旋轉(zhuǎn)涂膠法，涂膠前設(shè)定好予勻轉(zhuǎn)速和時間。將氧化完成或擴散完成的硅片放在涂膠頭上，滴上光刻膠進(jìn)行涂膠，要求膠面均勻、無缺陷、無未涂區(qū)域。</p><p>　　前烘：溫度在95℃將涂好

62、光刻膠的硅片放入前烘烘箱，并計時，前烘完成后將硅片取出。</p><p>　　對準(zhǔn)：將掩膜版上在光刻機上，并進(jìn)行圖形套準(zhǔn)。</p><p>　　曝光：將套準(zhǔn)后的硅片頂緊，檢查套準(zhǔn)誤差、檢查曝光時間，確認(rèn)無誤后，在進(jìn)行曝光。</p><p>　　顯影：本實驗采用浸泡顯影，25℃時，分別在1#顯影液，2#顯影液顯3-5分鐘，然后在定影液定影3-5分鐘，之后在甩干機中甩干

63、，在顯微鏡下檢查是否合格，否則，返工。</p><p>　　堅膜：在顯影檢查合格后將硅片放入堅膜烘箱進(jìn)行堅膜，設(shè)定堅膜時間，堅膜溫度為140℃。</p><p>　　腐蝕：將堅膜好的硅片準(zhǔn)備腐蝕，首先確認(rèn)氧化層厚度，計算腐蝕時間。然后進(jìn)行腐蝕，溫度是40℃左右，用氫氟酸進(jìn)行腐蝕，腐蝕后沖水10分鐘，甩干后在顯微鏡下檢查是否腐蝕干凈，若未腐蝕干凈繼續(xù)腐蝕。</p><p&

64、gt;　　去膠：硅片腐蝕完成后，在3#液中將光刻膠去掉，并沖洗干凈，工藝結(jié)束。</p><p>　　4.3.3 硼的擴散</p><p><b>　?。ㄒ唬┰?lt;/b></p><p>　　擴散是微觀粒子的一種極為普遍的熱運動形式，各種分離器件和集成電路制造中的固態(tài)擴散工藝簡稱擴散，硼擴散工藝是將一定數(shù)量的硼雜質(zhì)摻入到硅片晶體中，以改變硅片原來

65、的電學(xué)性質(zhì)。硼擴散是屬于替位式擴散，采用預(yù)擴散和再擴散兩種擴散法：</p><p>　?。?）預(yù)擴散磷雜質(zhì)濃度分布方程為：</p><p>　　，D1為預(yù)擴散溫度的擴散系數(shù)。 </p><p>　　（2）再擴散（主擴散）：硼再擴散為有即源面擴散，雜質(zhì)濃度分布方程為：</p><p>　　，其中Q為擴散入硅片雜質(zhì)的總量，D2為主擴散（再分布）溫

66、度的擴散系數(shù)，雜質(zhì)分布為高斯分布。</p><p><b>　　（二）工藝步驟：</b></p><p>　　1、準(zhǔn)備：開擴散爐，并將溫度設(shè)定倒750--850℃，開氮氣流量3升/分鐘。本實驗采用液態(tài)源擴散，源溫用低溫恒溫槽保持在5℃以內(nèi)。</p><p>　　2、硅片清洗：清洗硅片（見清洗工藝）將清洗好的硅片甩干。</p>&l

67、t;p>　　3、將清洗干凈、甩干的硅片涂上硼源。</p><p>　　4、從石英管中取出石英舟，將硅片裝上石英舟上，并將石英舟推到恒溫區(qū)，調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到預(yù)擴散溫度1120℃，并開始計時。</p><p>　　5、預(yù)擴完成后，拉出石英舟，取出硅片，漂去硼硅玻璃，沖洗干凈后，檢測R0值。</p><p>　　6、將預(yù)擴散硅片用2#液清洗，沖洗干凈甩干。&l

68、t;/p><p>　　7、取出再擴散石英舟，將甩干的硅片裝入石英舟，并將石英舟推到恒溫區(qū)。</p><p>　　8、調(diào)節(jié)溫控器，使溫度達(dá)到再擴散溫度，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并開始計時，根據(jù)工藝條件進(jìn)行干氧。</p><p>　　9、在開始干氧同時，將濕氧水壺加熱到95-98℃。干氧完成后，開濕氧流量計，立即進(jìn)入濕氧化。同時關(guān)閉干氧流量計。根據(jù)工藝條件進(jìn)行濕氧。<

69、/p><p>　　10、濕氧完成，開干氧流量計，調(diào)整氧氣流量3升/分鐘，并根據(jù)工藝條件確定干氧時間。</p><p>　　11、干氧完成后，開氮氣流量計，流量3升/分鐘，根據(jù)工藝條件，確定氮氣時間。</p><p>　　12、氮氣完成后，主擴散結(jié)束，調(diào)整溫控器降溫，氮氣流量不變，時間30分鐘。</p><p>　　13、降溫完成后，拉出石英舟，取

70、出硅片，檢測氧化層厚度、均勻性，漂去氧化層，沖洗干凈后，檢測R0值，結(jié)深，β值。</p><p>　　14、將擴散后的硅片交光刻工藝，光刻完成后，檢測擊穿電壓、β值。</p><p>　　15、根據(jù)實測β值，與工藝要求進(jìn)行比較，如果不滿足工藝條件，重新計算再擴散時間，并制定再擴散工藝條件，至到達(dá)到設(shè)計要求。磷擴散工藝實驗結(jié)束。</p><p>　　4.3.4 磷的擴

71、散</p><p>　　原理與上面硼的擴散一樣，工藝步驟中只要把相對應(yīng)的擴散溫度和時間改掉即可。</p><p><b>　　5 版圖</b></p><p>　　，最簡單的晶體生產(chǎn)中至少需要三塊掩膜版，第一塊是基區(qū)掩膜版（面積是5×5×4=100μm2），如圖4；第二塊是發(fā)射區(qū)掩膜版面積是3×2.5×4

72、=30μm2，如圖5；第三塊是接觸孔掩膜版（面積是3×3=6μm2），如圖6。掩膜版有四個對準(zhǔn)孔，三塊掩膜版疊加在一起的情形如圖7。</p><p><b>　　圖4 基區(qū)掩膜版</b></p><p><b>　　圖5 發(fā)射區(qū)掩膜版</b></p><p>　　圖6 接觸孔掩膜版</p>&l

73、t;p>　　圖7 三塊掩膜套準(zhǔn)疊加</p><p><b>　　6總結(jié)</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計學(xué)會了三極管設(shè)計流程的基本知識，但是由于基礎(chǔ)不好，很多地方都不知道為什么要那樣做，為什么要選取那些參數(shù)，以及選取的這些參數(shù)到最后的結(jié)果有什么影響。但是，在與同學(xué)的請教當(dāng)中學(xué)到了很多東西，這次的課程設(shè)計使我懂得了很多，在以后的學(xué)習(xí)里要奮起直追，不

74、能夠再落后其他同學(xué)了。</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　集成電路制造技術(shù)，電子工業(yè)出版社，王蔚等著</p><p>　　半導(dǎo)體物理，電子工業(yè)出版社，劉恩科等著</p><p><b>　　微電子器件物理</b></p><p>　　半導(dǎo)體材